JPS60207015A - ホトマルチプライヤ安定化回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 １発明の技術分野］ 本発明は光電子増倍管（ホトマルチプライＶ；以小、ホ
トンルと称する）の測定回路にかかり、特にｉｌ；　１
〜マルのゲインを安定化するホトマルチプライヤ安定化
回路に関するものである、。

「発明の技術的菌属」 ホトマルは入力光をカソードで受け、電子に変換した後
、多数のダイノードで増幅し、陽極から電流または電荷
として取出（ものであって、増幅度が高いので、微小光
の測定に広く利用されている。

さて、このホトマル出力をアナログ電流としＣ取出ず場
合には、第１図に示したようにホトマルの入射光のレベ
ルを急′ｆ！！ニ変化させてみると、ホ１〜マルのゲイ
ンが変化ザることが観測される。

すなわら、入射光が高いレベルの場合はゲインの低下が
、また、逆に入射光のレベルが低い場合には、ゲインの
上昇がみられる。これは主として、ダイノードの疲労・
回復現象と考えられており、現在のゲインは過去の動作
履歴によって決定されるため、履歴現象とも呼ばれてい
る。

入射光を精密に測定しようとりる場合には、このゲイン
変動が無視できない。入射光がパルス的にチョッピング
できる場合にはホトマルのゲインの補償を？ラザ方法が
あるが、入射光が直流的に入力される場合には、これの
補償が不可能であった。

従って、一定線量の放射線源から放射線を放出して、被
検査体の透過放射線量を例えば、シンチレータで光に変
換し、これをホトマルで検出して該被検査体の厚みを計
測する厚み計などにおいては、検査対象が製造（検査）
ライン上を流れる板体なとであり、従って、それまでと
厚みの異なるものをラインに流し始めた場合などでは、
上記の点が測定精度を得る上で大きな問題となる。

［発明の目的］ 本発明は上記の事情に鑑みて成されたものであり、入射
光が直流的に入力される場合にホトマルのゲイン変動を
安定化させることができ、ホトマルを測定器などに使用
する場合にその精度を維持できるようにしたホトマルチ
プライヤ安定化回路を提供することを目的とする。

［発明の概要コ すなわら、上記目的を達成するため本発明は、各ダイノ
ードに分圧用ブリーダ抵抗を介して高電圧を印加するよ
っにしてなり、測光対象光を検出して電気信号に変換す
るホトマルチプライヤの前記ブリーダ抵抗電流を検出す
る回路と、前記高圧電圧を検出する回路と、これら両回
路出力の差出力を得る差動回路と、ホトマルチプライヤ
に補償光を与える光源と、平均陽極電流を定める基準信
号発生回路と、この基準信号発生回路出力と前記差動回
路出力との加算出力を増幅して前記光源に与える回路と
より構成し、ブリーダ抵抗電流よりホトマルの陽極電流
を検出するとともに、これと前記高圧電圧との差を得て
、これより、ホトマル員か電圧変動と入射光量の変化に
よる陽極電流お変動を検知するとともにこの検知出力に
応じた光現象が生じないようにしてゲインの安定化を計
るようにする。

［発明の実施例］ 以下、本発明の一実施例について、図面を参照しながら
説明する。第２図はホトマルの一般手金使用回路であり
、ここでは本発明の動作原理を説明するために用いてい
る。

第３図は本発明の一実施例を示す回路図であり、図中１
はボトマルで、このホトマル１のカソード（受光面）Ｋ
には測定光５と補償光６とが入るように光学的に結合さ
れる。また、ホトマル１のツノソードには直流の高圧電
源３に接続され、ダイノードＤＹ１．〜ＤＹ４　（一般
的には１０段程度のダイノード使用するが、ここでは４
段に省略した）には抵抗Ｒ１〜Ｒ５によるブリーダ抵抗
４によって分圧された各々異なる電圧が印加される。こ
のブリーダ抵抗４のアース側にはアンプＡ２の入出方間
に負帰還用の抵抗Ｒ６を接続した電流検出アンプが接続
されており、前記ブリーダ抵抗４におけるＲ５の抵抗に
流れる電流に化例した電圧Ｖ１が出力される。

一方、前記高圧電源３には、イの負極側に、もう一つの
抵抗Ｒ７が接続され、この抵抗Ｒ７は負韻 帰還用の抵抗Ｒ８を入出ノＪ鰹に接続したアンプＡや ３に接続されていＲ７を流れる電流はこのアンプＡ３に
より、電圧Ｖ２に変換される。７はアンプＡ２とアース
間に直列抵抗Ｒ９，Ｒ１０を接続し、ぞの分圧点の出力
をオペアンプＡ４の非反転側の入力端子に接続するとと
もにアンプＡ３の出力Ｖ２を入力抵抗Ｒ１１を介して、
オペアンプＡ４の反転個人ツノ端子に与え、また、オペ
アンプＡ４の反転側入力端子と出力端子間に負帰還用の
抵抗Ｒ１２を接続してなる差動増幅器である。この差動
増幅器７は前記検出電圧Ｖ１．Ｖ２の差電圧ｖ３を出力
する。８は制御アンプであり、前記差電圧Ｖ３はこの制
御アンプ８によって増幅され、抵抗Ｒ１４，スイッチＳ
３の直列回路を介して、前記ホトマル１への補償光６を
発光するための発光ダイオードＤ３をドライブする構成
としである。制御アンプ８はオペアンプＡ５の反転側入
力端子と出ノ〕端子との間にコンデンサＣ１と可変抵抗
ＶＲ１の並列回路を接続し、また、反転側入力端子とア
ース間には抵抗Ｒ１５と可変直流電源ＶＲの直列回路を
接続し、更に、非反転側入力端子＆、！設置して構成し
である。Ｒ１３は反転個人ツノ端子とアンブ７の出力端
子との間にぼ続された入力抵抗で・ある。

一方、ホトンル１の出力（プレート側出力）はスイッチ
＄２を介してオペアンプＡ１とコンデンサＣｆ、抵抗Ｒ
ｆよりなる電流検出アンプ２に接続されるとともに、ス
イッチＳ２と逆の動作をするスイッチＳ１を介して接地
されでいる。スイッチＳｌ、Ｓ２，８３はタイミング信
号を出力するタイミング制御部９の該タイミング信号に
よりオン、Ａノ制御されるが、ここではＳｌ、＄３と８
２は互いに逆タイミングでオン、オフを繰り返すように
制御される。

尚、上記可変直流電源ＶＲはホトマル１の平均陽極電流
を決める為の基準電源であり、また、Ｄｌ、Ｄ２はアン
プＡＩ、Ａ３の入力保護用のダイオードである。

つぎに上記構成の本装置の作用について説明す理を説明
する。今、ダイノードＤＹＩ〜ＤＹ４各々の間に接続さ
れた抵抗Ｒ１〜Ｒ５にそれぞれｉもとにホトマル陽極電
流ｉｐを制御しようとするものである。従って、ｉｐと
１５の関係をめるとつぎのようになる。

ｉ４．＋−タ＋謙（ｔ　Ｊ＞　＜匁しべ１才ダイノーＬ
−一段５つのｔ沁輻年）−ｍ−・（１） ｊ”’　””　７（１−ｃ！、）−ＬｒｌＦ（１”、：
）−（を十４）−−−（２） Ｌ　２　＝　ｔ−３＋　、＜−（’　−ａ　）　：ｔξ
すｉＰ（＋−，：）／＋士、；す―ト、）−−−（’、
） ε１：ｉ２＋透（１−如請÷１Ｐ（Ｉ−Ｃ＋Ｘ１＋麦ｉ
ら）−−−（４） また、粕”し、高圧・５尉、シ乞ｆニーＥｔＴｈ　’ｃ
第３ヒＲミεＨ？ｔ−ｃε２・ｌＪ２＋（：３・Ｒ３ｔ
ｉ４・餌ｔｉｓ、ｐ、ｔ；　−−−リ＝　）εｊ＋ＣＰ
＜１１ｃＡ’）（ｆｆ７千、、１−　雀）　ｋ・Ｒ１十
（ＩＬ、ｔ”Ｌｐ　（ｆ−伎）（ｔｒｉ十協）１・幻ｑ
ｕ＋ｊｒ（イー１）（ｒｉ　−、長子）Ｉｉ≧３−＋１
ｉｒ十１ｒ（ｔ−ｆ）’３−ａ＜−ｔ−ｉ、ｒ−Ｆｌｒ
　−−−＜ＡノＲ（、〜Ｒ５，へｔ−乞上す３ヒ ＶＨ＝Ｌ計Ａ　＋１−ｐ−ｅ＞　−ｍ−０９士（（土＋
）・Ｒ３ｔ　Ｒ４５−Ｃ１０）パ、ｂｐ＝看（Ｒ＋−Ａ
・を女）　−（Ｉ＋）と６）。

今、ＶＨが一定とすると１５を想定することによって一
義的にｉｐを決定することができる。

しかしながら、ホトマルの高電圧Ｖ＋は、ホトマルの感
度変化やホトマルを交換した場合には変えることが多い
。従って、陽極電流ｉｐを検出するためにはＶｌ（の影
響があってはならない。

すなわら、上記第１１式からＶ＋／Ｂを減算することに
よって、ＶＨの影響をなくすことができる。

ｊｐ’＝　ｊ、ｐ−手　・・・（１２）パ、εＰ’＝舌
・Ａ−εｒ　・・・（１３）以上のことから、第２図の
回路においてブリーダ電流ｉ５を検出し、ＶＨ／’Ｂを
差し引くことによって、ホトマルの陽極電流を知ること
ができる。

つぎに第３図に示す本装置の作用について説明イミング
制御部９の出力する亙いに反転した出力であるタイミン
グ信号によりスイッチＳ１．Ｓ３とＳ２は亙いに相補的
に動作し、本実施例ではＳｌ、Ｓ３のオン時間がｉｍｓ
、オフ時間が１００ｍ５に設定しである。従って、当然
のことながらスイッチＳ２のＡン／オフ時間はスイッチ
８１゜Ｓ３と逆になる。尚、このオン／オフの周期とデ
コーディはホ１〜マルのゲイン変動の時間的速さと、こ
の測定系の哨定数と、補償光６の強度およびホトマルの
最大陽極電流によって決められる範囲なら特に制約はな
い。

つぎに測定光５の測定について説明する。このモードで
はスイッチＳ２のみが閉になっ−Ｃおり、スイッチＳ１
．Ｓ３は開になっている。従って。

補償光６は消灯しており、測定光５のみがホトマル１へ
入則し、このホトマルにて増幅され（、陽極からスイッ
チＳ２を経て出力アンプ２に入り、ここで電圧に変換さ
れて、測定出力Ｖｏ　になる。

つキニ補償光６の入射タイミングについて説明する。こ
の時はスイッチＳ１と８３が閉になっており、スイッチ
８２は間になっている。従って、この期間ではアンプ２
にはホトマル１の出九電流は入力されない。

一方、スイッチＳ３の閉により制御アンプ８の出力が発
光ダイオードＤ３に印加されるので、発光ダイオードＤ
３は、この印加電圧に対応した光を発光してホトマル１
に補償光６として与える。

従って、ボトマルコには該補償光６と測定光５が入則し
、このホトマル１によって増幅されて、電流信舅として
出力される。この電流（８＠はスイッチＳ１を介してア
ースｆ＼と流れ、アンプ２へは入力されない。この時、
補償光の強度（明るさ）は制御アンプ８の可変抵抗ＶＲ
１によりゲイン制御されて小トマルの平均陽極電流が一
定になるような値にコントロールされている。

一方、ボトマル陽極電流検出系は、スイッチ８１〜Ｓ３
の動作に関係なく常時、働いている。すなわち、該検出
系を構成するアンプＡ２の出力Ｖ１は第１１式より Ｖイ　−ｐ＋　−ｐｂ　＝　ＥＬ−（１，−ｅ−ｉｒ　
）へ　・・・　（１４） となり、高圧検出用のアンプＡ３の出力Ｖ２はＶｚ−釘
′：Ｖ８ に７　°−（１５） となる。従って、差動アンプ７の出力電圧Ｖ３はＲ９＝
Ｒ１０＝Ｒ１１＝Ｒ１２とづるとＶ３℃ｌ／Ｉ−Ｖｚ 、　同 Ａ　（Ｖ＋−＋　１３ｔＰ）−可°Ｖｓそして、昭−！
に定数を選、ｓ；と 八　ｋ７ Ｖ３＝−医」・ｉｐ　・・・（１７） となり、差動アンプ７の出力電圧Ｖ３はボトマル陽極電
流に化例した値となる。この出力電圧Ｖ３はアンプＡ３
の出力と設定電圧ｖ２との差を取り、制御アンプ８で増
幅して発光ダイオードＤ３を点灯ざゼる。制御アンプ８
のゲイン調整用抵抗ＶＲ１は、ホ１〜マル陽極電流制御
の安定度や精度に応ボトマルの安定度（刻時間）や測定
光５の時間変動の速さによって選択される。

この結果、補償光はホトマル１の平均陽極電流を一定に
保つに必要な光れ整される。

このように補償光より平均陽極電流を一定に制御するの
で、測定光が変化したとしても平均陽極電流は変化ゼず
、従って、ボトマルのゲイン変動が極めＣ少なく、精度
の良い測定が出来るようになり、また、比較的簡単な回
路によって高い安定度か得られる。特に、特別な基準光
を用意して、これによって、ゲイン変動を検出し、ボト
マルに印加づる高電圧を制御する方式に比較づると、使
のアンプへ３で検出して差動アンプ７に与えるようにし
ｌこ高圧変動に対する補償回路を有しているため、ホト
・マルに印加している高圧電圧を変化ざゼても、平均陽
極電流は変化しないことから測定装置の信頼性を飛躍的
に向上させることができる。

また、補償光のオン７７オフのタイミングとデコーディ
の変動は測定光に対づる出力電圧Ｖｏ　や制御系Ｖ１．
Ｖ３に対して木質的に影響しないため、回路設計が楽に
なるなとの利点が得られる。

なお、本発明は上記し、かつ図面に示す実施例に限定す
ることなくその装置を変更しない範囲内で適宜変形して
実施し得るものであり、例えば上記実施例では補償光源
に発光ダイオードを用いた例を示したが、その他、白熱
ランプ等を用いても良い他、差動アンプ７と制御アンプ
８は一体にしても良い。また、電流検出アンプＡ３を省
略して、差動アンプ７で直接検出するようにしても良い
。

更に、本発明はパルスカウント方式の回路に適用やる場
合には、上記スイッチＳｌ、Ｓ２．Ｓ３を省略して、タ
イミング制御部を取り除くこともできる。この場合、ス
イッチＳ１の部分は開、Ｓ２゜Ｓ３の位置は開になるよ
うにしておく。これにより、常時、発光ダイオードが点
灯して平均陽極電流を一定にすることができる。

［発明の効果］ 以上、詳述したように本発明によれば、ホトマルの入射
光量や印加高電圧が変化しても、平均陽極電流が一定に
なるように陽極電流に応して補償光の量を制御りるよう
にしたので、安定したゲインが肖られ、したがって、ダ
イノードの疲労・回復現象の影響を受【プなくなり、１
１１１〜ンルによる測定装置において、高宥定でしかも
高精度の測定ができるホトマルチプライヤ安定化回路を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はｉｊ＼トマルチプライヤの入射光量変化とそれ
によるゲインの変動の関係を示す図、第２図は本発明の
詳細な説明するための図、第３図は本発明の一実施例を
示す回路図である。 １・・・ボトマル、２・・・電流検出アンプ、３・・・
高圧電源、４・・・ブリーダ抵抗、５・・・測定光、６
・・・補償光、７・・・差動アンプ、８・・・制御アン
プ、９・・・タイミング制御部、Ｄ３・・・発光ダイオ
ード。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 糎 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 各ダイノートに分圧用ブリーダ抵抗を介して高＠汗を印
   加するようにしてなり、測光対象光を検出しＣ電気信号
   に変換するホトマルチプライヤの前記ブリーダ抵抗電流
   を検出する回路と、前記高圧電圧を検出覆る回路と、こ
   れら両回踏出力の差出ツノを得る差動回路と、ホトマル
   チプライヤに補償光を５える光源と、平均陽極電流を定
   める基準信号発生回路と、この基準信号発生回路出力と
   前記差動回路用ツノとの加算出力を増幅して前記光源に
   与える回路とより構成したことを特徴とするホトマルチ
   プライヤ安定化回路。